Khi nhu cầu năng lượng sạch trên toàn cầu tăng lên, năng lượng hạt nhân đang nổi lên như một giải pháp đáng tin cậy và hiệu quả.Trong một sự phát triển đột phá, các nhà nghiên cứu đã xác định thép không gỉ austenit được sửa đổi bằng tungsten như một sự thay đổi tiềm năng cho các vật liệu hạt nhân thế hệ tiếp theo.
Thép không gỉ, một hợp kim dựa trên sắt có chứa ít nhất 10,5% crôm, từ lâu đã được đánh giá cao vì khả năng chống ăn mòn.thép không gỉ austenit đặc biệt quan trọng do cấu trúc khối hình mặt, cung cấp các tính chất cơ học tuyệt vời bao gồm sức mạnh cao, độ dẻo dai và dẻo dai.
Các đặc điểm này làm cho nó lý tưởng để chịu đựng các điều kiện lò phản ứng cực đoan: nhiệt độ cao, áp suất cao và bức xạ mạnh.khả năng sản xuất và hàn cao của nó cho phép chế tạo các thành phần lò phản ứng phức tạp.
Tuy nhiên, thép không gỉ austenit kiểu 316 truyền thống phải đối mặt với những thách thức đáng kể trong môi trường hạt nhân.Molybden (Mo) và niken (Ni) trong thành phần của nó trở nên phóng xạ khi tiếp xúc với bức xạ neutron, tạo ra các đồng vị phóng xạ tồn tại lâu mà làm phức tạp việc ngừng hoạt động của nhà máy hạt nhân.
Nghiên cứu trên các lò phản ứng thử nghiệm nhân giống nhanh (FBTR) đã chỉ ra rằng khi bức xạ vượt quá 80 dpa (những dịch chuyển mỗi nguyên tử),Ống sưng Ứng hình các lỗ hổng vi mô gây ra sự giãn nở vật liệu Ứng dụng này trở thành hạn chế chínhHiện tượng này ảnh hưởng nghiêm trọng đến sự ổn định kích thước và tuổi thọ của thành phần.
Tungsten (W), một nguyên tố tạo thành sắt mạnh với các tính chất đặc biệt, bao gồm điểm nóng chảy cao nhất của tất cả các kim loại, đã cho thấy tiềm năng đáng chú ý để cải thiện hiệu suất thép.Các nghiên cứu cho thấy rằng thêm tungsten làm tăng độ cứng và độ bền của thép, mặc dù nó có thể làm giảm độ kéo dài và độ dẻo dai khi không cân bằng đúng cách.
Trong thép có chứa carbon, tungsten tạo thành các cacbua tăng cường khả năng chống mòn và độ cứng. Khi kết hợp với các nguyên tố tạo thành cacbua khác như molybden, crôm và vanadi,tungsten tạo ra các loại carbide phức tạp giúp cải thiện thêm tính chất vật liệu.
Đáng chú ý, tungsten tạo ra sự phân tán carbide mịn hơn các yếu tố hợp kim khác, dẫn đến tinh chỉnh vi cấu trúc đồng thời tăng cường sức mạnh và độ dẻo dai.Điều này làm cho tungsten đặc biệt có giá trị cho các ứng dụng hạt nhân nơi cả hai tính chất là rất quan trọng.
Ngoài những cải tiến về cơ học, tungsten tăng đáng kể khả năng chống hố, vết nứt và ăn mòn giữa các hạt. Các yếu tố quan trọng cho hiệu suất lâu dài trong môi trường hạt nhân.Trong thép không gỉ képlex, tungsten có thể thay thế molybden trong khi ngăn ngừa sự hình thành pha sigma có hại trong quá trình hàn.
Vật liệu hạt nhân đòi hỏi một sự kết hợp độc đáo của các tính chất: sức mạnh cơ học tuyệt vời, khả năng chống ăn mòn, làm giảm bức xạ gamma, độ tin cậy lâu dài, khả năng sản xuất,và chống tổn thương bức xạCác vật liệu bảo vệ truyền thống như chì và bê tông có những thách thức về trọng lượng và khối lượng mà thép biến đổi tungsten có thể vượt qua.
Sự đổi mới nằm ở việc thay thế molybden bằng tungsten trong thép không gỉ austenit loại 316, tạo ra một vật liệu kích hoạt thấp với khả năng bảo vệ gamma vượt trội.Hợp kim mới này cung cấp bốn lợi thế chính:
1. Giảm kích hoạt phóng xạ:Màn cắt ngang kích hoạt neutron thấp hơn của tungsten làm giảm đáng kể phóng xạ lâu dài, giảm bớt các thách thức ngừng hoạt động.
2. Thúc đẩy Gamma Shielding:Mật độ cao và số nguyên tử của tungsten cung cấp sự hấp thụ tia gamma đặc biệt, cải thiện bảo vệ bức xạ.
3. cải thiện tính chất cơ học:Tungsten làm tăng sức mạnh và độ cứng trong khi tinh chỉnh cấu trúc hạt để duy trì độ dẻo dai.
4. Chống ăn mòn cao hơn:Tungsten làm tăng khả năng chống hở, nứt và ăn mòn giữa các hạt, kéo dài tuổi thọ trong điều kiện lò phản ứng khắc nghiệt.
Các nghiên cứu thử nghiệm sử dụng nấu chảy cảm ứng chân không đã chứng minh những lợi thế của thép biến đổi tungsten.trong khi thử nghiệm cơ học cho thấy tăng năng suất và độ bền kéo mà không hy sinh độ dẻo dai.
Các thử nghiệm ăn mòn xác nhận hiệu suất đặc biệt trong môi trường làm mát lò phản ứng mô phỏng,và các phép đo suy giảm gamma cho thấy khả năng bảo vệ được cải thiện đáng kể so với thép 316 thông thường.
Nghiên cứu trong tương lai sẽ tập trung vào tối ưu hóa phân phối tungsten, nghiên cứu tác dụng bức xạ và khám phá các ứng dụng trong lưu trữ nhiên liệu đã qua sử dụng và thùng chứa chất thải hạt nhân.,thép không gỉ austenit được sửa đổi tungsten hứa hẹn sẽ cách mạng hóa công nghệ hạt nhân, cung cấp các giải pháp năng lượng an toàn và bền vững hơn cho tương lai.
